六自由度机械臂基于力传感器的末端力控及拖动示教

​近年来，工业机器人的运用范围不断扩大，金属成形、铸造行业、冶金行业等多种工业制造领域都可以见到机器人忙碌的身影，但是随着工艺标准的提升，越来越多的制造工艺仅靠工业机器人传统的位置控制难以胜任。如：精密零部件的柔性装配、一致性较差的复杂曲面打磨，尤其在一致性较差的复杂曲面打磨应用上，传统的位置控制方式很可能因工件一致性差导致的位置误差而引起系统瞬间过载，造成工件或机器人的损坏。
要想满足复杂环境下的任务需求,就必须对机械臂的受力进行有效控制，即在约束位置上对末端执行器与环境的接触力进行控制，为了有效地实现复杂机械臂系统的力控制并降低风险节约成本，对机械臂力控制系统进行半实物仿真验证是非常有必要的。

灵思创奇六自由度机器人半实物实验平台基于末端力传感器，以及matalb/simulink模型，可帮助用户快速实现机械臂的笛卡尔空间拖动示教以及末端工具与接触物平面法向力恒力和变力跟踪输出，迅速验证和开发机械臂力控算法。
一、机械臂末端恒力打磨

机械臂末端恒力打磨视频

说明：法向期望力与电子称的数值略有偏差（图示视频中法向恒力期望值为13.9N，见下图）

原因:工具在秤的水平面上运动时,有水平方向的摩擦力会对秤的读数造成影响，当工具静止时，电子称读数与力传感器z向数值一致。
实现步骤：
1、六维力传感器标定与解耦，力传感器下方工具重力的实时补偿与力传感器本身零偏零漂的处理。工具重力可以直接测量，质心位置需要通过力传感器坐标系下的多次测量与数据处理。随后可以知道工具末端与环境接触时的受力情况，为末端工具力控打磨抛光等作准备。
2、法向力和水平面上轨迹的力位混合控制。轨迹规划采用样条曲线拟合型值点（由拖动示教获取），然后在样条曲线路径上进行速度规划（恒速或者指定通过型值点的速度）。力控分为工具与外界无接触时的不加以控制，以及在打磨平面上进行力控时的pid直接力控制组成。
在线调试控制面板如下，法向力fd＿n可以实时编辑更改，质量弹簧模型的刚度也可以通过tool_translation_incre1实时更改，其它参数的更改以及变量的监视暂未加进控制面板。

二、基于力传感器的拖动示教

基于力传感器的机械臂拖动示教视频

实现步骤：
1、六维力传感器标定与解耦，力传感器下方工具重力的实时补偿与力传感器本身零偏零漂的处理。工具重力可以直接测量，质心位置需要通过力传感器坐标系下的多次测量与数据处理。随后可以知道工具末端与环境接触时的受力情况。
2、人手拖动工具位置姿态的意图，依赖于六维力传感器的感知；再将力感知直接转为机械臂末端对应且符合人主观位姿调整意图的运动。
在线调试控制面板如下，末端工具位置与姿态的拖动调节分别设置两个独立开关，其它参数的更改以及变量的监视暂未加进控制面板。

以上内容完全通过半实物仿真，MATLAB/simulink模型开发实现，以及RT Sim Plus软件对模型生成的c代码文件进行启停控制、pid等参数在线修改、变量在线监视以及离线导出（例如上图的力控曲线）等功能，可帮助研究人员加快相关算法的开发与验证。